1. Pozadie: Prečo nie sú kremíkové doštičky dosť?
Prvým krokom vo výrobe polovodičov je získanie lešteného singlu - kremíkovej doštičky (zvyčajne doštičky Czochralski pestovaného pomocou metódy CZ).
Aj keď sú tieto doštičky jednovrstvové, ich povrchy nemusia spĺňať prísne požiadavky na čistotu, hustotu defektov, presnosť dopingu a štruktúru.
Najmä v pokročilých procesných uzloch a vysoké - výkonnostné zariadenia, ktoré vytvárajú aktívne oblasti priamo na pôvodných obmedzeniach oblátky: Obmedzenia:
- Vysoký obsah kyslíka v objemovom objemovi (kremík Cz má často precipitáty kyslíka), ktorý ovplyvňuje životnosť a úniku menšín pre nosič zariadenia.
- Profil dopingu doštičky nie je možné presne upraviť (najmä keď sú potrebné plytké križovatky alebo štruktúry gradientu ultra -).
- Micro - Defekty, ako sú dislokácie a škrabance, môžu existovať na povrchu, ktoré priamo ovplyvňujú výťažok.
- Niektoré zariadenia vyžadujú heterogénne materiály (napríklad sige, gaas - na {{}} si a sic {- na - si) - materiáloch, ktoré sa nedajú dosiahnuť samotným zaniknutím.
Vyžaduje si to kontrolovateľnú technológiu „Resurfacing“ - Proces epitaxiálneho rastu (EPI).
2. Základná definícia procesu EPI
Epitaxia sa vzťahuje na rast jedného - krištáľovo tenký film na jednom - kryštálovom substráte s rovnakou orientáciou kryštálov ako substrát.
Môže to byť buď homoepitaxiálne (SI na Si) alebo heteroepitaxiálne (Sige na Si, Gan na sic atď.).
Kľúčové funkcie:
Epitaxná vrstva „zdedí“ štruktúru mriežky substrátu (orientácia kryštálov a zarovnanie) a má nízku hustotu defektov.
Hrúbka je ovládateľná (od niekoľkých nanometrov po desiatky mikrónov).
Typ dopingu, koncentrácia a gradient sa dajú presne upraviť podľa návrhu.
3. Prečo používať proces EPI?
To možno vysvetliť z troch perspektív: výkon, proces a zavedenie nových materiálov:
3.1 Zlepšenie výkonu
Zníženie hustoty defektov
Epi môže pestovať „defekt - voľnú vrstvu“, ktorá izoluje defekty substrátu z aktívnej oblasti, čím sa zvyšuje životnosť menšinových nosičov (obzvlášť dôležitá pre energetické zariadenia). Optimalizácia dopingových štruktúr
Ultra - je možné dosiahnuť plytké križovatky alebo odstupňované dopingové profily, čím sa zlepší charakteristiky rozkladu a charakteristík vedenia.
Zlepšenie elektrického výkonu
Vysoké - vrstvy epitaxiálnej vrstvy (EPI) môžu znížiť parazitickú kapacitu (vhodné pre vysoké - frekvenčné zariadenia), zatiaľ čo hrubé epitaxiálne vrstvy môžu zlepšiť odobrot v napätí napájacích zariadení.
3.2 Ovládateľnosť procesu
Izolácia zariadenia
Použitím vysokej - vrstvy epila odporu môže zlepšiť izoláciu medzi zariadeniami a znížiť parazitické presluch.
Redukcia západky - hore
V CMO môže epitaxiálna vrstva potlačiť spustenie parazitických tyristorových štruktúr.
Flexibilná hrúbka
Rôzne výrobky môžu mať na rovnakom substráte prispôsobené hrúbky EPI (najmä bežné vo výkone, analógových a RF aplikáciách).
3.3 Zavedenie nových materiálov
Inžinierstvo
Sige Epitaxy, SIC Epitaxia a Gan Epitaxia sa dosahujú prostredníctvom Epi.
Heterogénna integrácia
V kremíkových fotonike, MEMS a Power Devices sa môže EPI použiť na pestovanie iii - v materiály na kremíku. Štruktúry superlattice, ako sú HBTS a lasery kvantových vrtov, si vyžadujú striedanie ukladania vrstiev materiálov s rôznymi medzerami v pásme, čo si vyžaduje EPI.
4. Bežné typy procesov EPI
| Spracovanie | Funkcie | Žiadosti |
|---|---|---|
|
SI Epi (homogénne pokrytie) |
High - Purity Si vrstvy pestované na substrátoch SI |
CMO, Power Devices |
|
Sige Epi |
Kontrolovateľný obsah GE, kmeň - potiahnutý |
Zrýchlenie PMOS, Sige HBT |
|
SIC Epi |
Vysoká tvrdosť, vysoká tepelná vodivosť, vysoké rozkladné pole | Power Electronics (MOSFET SILICON CARBIDE) |
|
Gan epi |
Široký pás, vysoká mobilita elektrónov | High - frekvencia, vysoká - Power rf |
|
Ge epi na Si |
Optoelektronická integrácia, napäté CMOS | Kremíková fotonika, infračervená detekcia |
5. Technické výzvy procesu EPI
Defekty rozhrania: Mriežková zhoda medzi epitaxiálnou vrstvou a substrátom vyžaduje extrémne vysokú presnosť, inak sa vygenerujú dislokácie.
Zvládanie stresu: Nadmerný stres počas heteroepitaxiálneho rastu môže spôsobiť deformovanie alebo praskanie.
Presná kontrola dopingu: Rozsah koncentrácie môže dosiahnuť 10¹³–10²⁰ cm⁻³, s požiadavkou na presnosť ± 1%.
Rovnomernosť hrúbky: veľké - priemer (300 mm) doštičky vyžadujú rovnomernosť hrúbky<1%.
6. Zhrnutie
Proces EPI sa objavil, pretože môže „pretvoriť“ doštičku, aby vytvoril vysokú - kvalitu, označiteľnú, nízku - defekt a ovládateľnú vrstvu dopingovej plochy. To nielen rozširuje životnosť kremíkových CMO, ale tiež poskytuje cestu na implementáciu nových materiálov a nových štruktúr zariadení.
Bez EPI by bolo ťažké dosiahnuť dnešné vysoké - výkonnostné PMOS, Power MOSFET, SIGE HBT a SIC/GAN Power Power.
